2011届高考化学第二轮专题复习课件8电化学原理及其应用

专题八电化学原理及其应用考纲展示高考预测1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。4.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。电化学包括原电池原理和电解原理，对这一部分的考查重在对原理的应用，考查命题的特点是结合最新成果和能成熟应用于实际生产、生活和科技领域作为素材，其实质仍是考查原电池和电解池的工作原理。原电池工作原理1．原电池原理把化学能转化为电能，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。2．组成原电池的条件(1)有两种活泼性不同的导电材料作电极。(2)电极材料均插入电解质溶液中，两种不同的电解质溶液可通过盐桥进行连接。(3)两极相连形成闭合电路。3．电极反应式的书写和电荷移动的方向(1)电极反应式的书写负极：Zn，电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋。正极：Cu，电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。电池反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。(2)电荷移动方向电子由负极释放，经外电路沿导线流入正极，电解质溶液中的阳离子移向正极，在其表面得电子被还原，形成一个闭合回路。常见化学电源1．碱性锌锰电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。2．锌银电池——一次电池负极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。3．铅蓄电池——二次电池负极反应：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。正极反应：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O；总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O。4．氢氧燃料电池(酸性介质中)负极反应：H2－2e－===2H＋；正极反应：12O2＋2H＋＋2e－===H2O；总反应：2H2＋O2===2H2O。电解原理1．电解原理使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)，在阴、阳两极发生氧化还原反应。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。2．电解原理的应用(1)电解饱和食盐水电极反应：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2H＋＋2e－===H2↑；总反应：2NaCl＋2H2O=====通电2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。(2)电镀铜或电解精炼铜①两极材料：待镀金属或精铜做阴极，镀层金属或粗铜做阳极。②电极反应：阳极：Cu－2e－===Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。(3)电解冶炼Na、Al等活泼金属冶炼Na的化学反应方程式：2NaCl(熔融)=====通电2Na＋Cl2↑；冶炼Al的化学反应方程式：2Al2O3(熔融)=====通电4Al＋3O2↑。金属的腐蚀与防护1．金属的腐蚀(1)概念：金属表面与周围的干燥气体、非电解质或电解质溶液发生氧化反应而遭到破坏。(2)实质：金属原子(M)失去电子而被氧化：M－ne－===Mn＋。(3)分类：一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀。2．电化学腐蚀(1)概念：两种金属相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时，由于形成原电池而发生的腐蚀。(2)分类(以钢铁为例)①吸氧腐蚀：在金属表面的水膜酸性不强或呈中性，溶解一定的氧气，金属生成含氧化合物。负极：2Fe－4e－===2Fe2＋。正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。电池总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。②析氢腐蚀：在金属表面的水膜酸性较高时，H＋被还原而析出H2。负极：Fe－2e－===Fe2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。电池总反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。金属的防护方法1．牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如锌块，让被保护的金属作原电池的正极。2．外加电流的阴极保护法——电解池原理用被保护的钢铁设备作阴极，惰性电极作阳极，外接直流电源。3．其他方法改变金属内部结构，如不锈钢；加涂防护层如喷油漆、涂油脂、喷镀等方法。难点解读——掌握重点突破难点1．同一个原电池反应在不同的介质中其电极反应式有可能是不相同的，如氢氧燃料电池，其总反应的化学方程式都是2H2＋O2===2H2O，但在碱性介质、中性介质和酸性介质中其电极反应式是不同的。另外由相同的电极材料组成的原电池，在不同的介质中其电池反应、电极名称、电流方向也有可能不同，如：由镁、铝作电极组成的原电池，在氢氧化钠溶液中，铝作负极，镁作正极；而在稀盐酸中则铝作正极，镁作负极，因此在解电化学题时要特别关注介质的成分，慎重思考介质所起的作用。2．只有氧化还原反应才有电子的得失，只有氧化还原反应才可能被设计成原电池，复分解反应永远不可能被设计成原电池。3．无论什么样的电极材料、电解质溶液(或熔融状态的电解质)构成原电池，只要是原电池就永远遵守电极的规定：电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。4．在化学反应中，失去电子的反应(电子流出的反应)是氧化反应，得到电子的反应(电子流入的反应)是还原反应，所以在原电池中，负极永远发生氧化反应，正极永远发生还原反应。5．在电解池中分析阳极上的电极反应，应首先看阳极材料，因为活泼电极作阳极会先放电。考点1原电池及其工作原理【例1】在下图中的8个装置中，属于原电池的是()A．①④⑤B．③⑥⑧C．④⑥⑦D．⑥⑦⑧思维点拨：构成原电池要有四个基本条件。a.电解质溶液；b.两个电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼。两个电极直接或间接地连接在一起，并插入电解质溶液中；c.能自发地发生氧化还原反应；d.形成闭合电路。其中①、②不满足b、d条件，③不满足b条件，⑤不满足a条件，⑧不满足d条件。答案：C要点提醒——画龙点睛触类旁通1．原电池正、负极的确定(1)由两极的相对活泼性确定，相对活泼性较强的金属为负极(一般来说，负极材料与电解质溶液能发生反应)，相对活泼性较差的金属或导电的非金属为正极。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg。但要注意的是，在Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al。(2)由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为负极；若某一电极上有气体产生、电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，则此电极为正极，燃料电池除外。如Zn—C—CuSO4溶液构成的原电池中，C电极上会析出紫红色固体物质，则C为此原电池的正极。(3)根据某些显色现象确定：一般可以根据电极附近指示剂(石蕊、酚酞、湿润的淀粉KI试剂等)的显色情况来分析推断该电极发生的反应情况，是氧化反应还是还原反应，是H＋还是OH－或I－等放电，从而确定正、负极。总之，负极上一定发生氧化反应，正极上一定发生还原反应；负极电子流出，正极电子流入，阳离子向正极定向移动，阴离子向负极定向移动。2．有关原电池问题的解题思路解决原电池问题时，一般的思维程序是：根据电极材料的活泼性判断出正、负极―→电极反应的类型(氧化反应、还原反应)―→1．(1)将Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中组成原电池，写出电极名称及电极反应式：Al片()___________________________________________，Cu片()__________________________________________。(2)若将Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中能否组成原电池？________(填“能”或“不能”，“若不能”，则不用回答下面的问题)，若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：Al片()_________________________________________，Cu片()________________________________________。解析：(1)Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中时，Al比Cu活泼，Al为负极，失电子被氧化为Al3＋，Cu为正极，溶液中的H＋得电子被还原为H2。(2)Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中时，由于铝被钝化，不能溶解，Al为正极，Cu为负极，失电子被氧化为Cu2＋。答案：(1)负极2Al－6e－===2Al3＋正极6H＋＋6e－===3H2↑(2)能正极2NO－3＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O负极Cu－2e－===Cu2＋考点2电极反应式的书写和判断【例2】铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_____________________________。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应，负极反应。2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋思维点拨：(1)Fe3＋氧化性强于Cu2＋，故Cu可溶于FeCl3溶液中，发生离子反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。(2)Fe3＋有氧化性，可得e－，Cu有一定还原性可失e－，FeCl3溶液与C、Cu可组成原电池，发生氧化还原反应，其中铜棒做负极，碳棒做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。要点提醒——画龙点睛触类旁通电极反应式的书写这是电化学知识学习的一个重点和难点。如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式：如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应式在电子得失守恒的前提下，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。特别需要指出的是：对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。2．(2010·全国Ⅰ，10)右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：TiO2/S――→hvTiO2/S*(激发态)TiO2/S*―→TiO2/S＋＋e－I－3＋2e－―→3I－2TiO2/S＋＋3I－―→2TiO2/S＋I－3下列关于该电池叙述错误的是()A．电池工作时，I－在镀铂导电玻璃电极上放电B．电池工作时，是将太阳能转化为电能C．电池的电解质溶液中I－和I－3的浓度不会减少D．电池中镀铂导电玻璃为正极解析：本题考查原电池的工作原理，意在考查化学基本原理的分析和应用能力。根据电池反应，TiO2电极流出电子，镀铂导电玻璃电极流入电子，故镀铂导电玻璃作正极，I－3在镀铂导电玻璃电极上发生还原反应I－3＋2e－===3I－，A项错误，D项正确；电池工作时，有机光敏染料吸收太阳能，最终转化为电能，B项正确；根据电池反应，电池工作时，I－在负极放电和正极生成的物质的量相等，I－3在正极放电和负极生成的物质的量相等，故二者在电解质溶液中的浓度不变，C项正确。答案：A3．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－(aq)解析：甲醇燃料电池是甲醇在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，故B、D错误；A项不是电极反应式。答案：C考点3电解原理及其应用【例3】如图所示，烧杯中装有稀硫酸，A、B、C、D分别为铜、锌、碳、碳棒，下列说法正确的是()A．A、D棒上均产生气泡